Potenciál dat pořízených pomocí UAV pro analýzy viditelnosti

Bc. Ondřej Válek

Master's thesis

The potential of UAV-acquired data for visibility analyses

Abstract:

Diplomová práce se zabývá využitím dat pořízených bezpilotními leteckými prostředky pro potřeby analýzy viditelnosti. Tato práce si klade za cíl vyhodnotit změny ve výsledcích viditelnosti po zpřesnění vstupních dat v okolí pozorovatele pomocí bezpilotních leteckých prostředků (UAV). V práci je zohledněn vliv kvality vstupních dat, tj. stářím, rozlišením, nebo polohovou chybou. Existující studie podobného zaměření se však nezabývají změnou výsledků v závislosti na velikosti okolí, pro které je aktualizace dat prováděna. Práce se tedy zabývá i touto problematikou. Veškerá data (s výjimkou UAV dat), byla získána z volně dostupných zdrojů, při výběru datových sad byl pak kladen důraz na rozdílné stáří dat, prostorové rozlišení nebo způsob pořízení. Metodám, jakými jsou data pořizována je rovněž věnována část literární rešerše. Analýzy byly prováděny na území školního zemědělského podniku Amálie, pro které byla katedrou prostorových věd Fakulty životního prostředí České zemědělské univerzity v Praze zapůjčena data pořízená UAV. V zájmové oblasti byly vybrány 3 lokality s odlišnými podmínkami prostředí. K porovnání vlivu aktualizace dat byl využit Kohenův kappa koeficient, který pracuje se všemi kategoriemi chybové matice – kromě správně klasifikovaných ploch zahrnuje také ty, které byly klasifikovány chybně. Viditelnost na jednotlivých lokalitách byla rovněž vizuálně posouzena na místě. Výsledná viditelnost je na základě zjištění této práce ovlivněna nejen stářím dat, ale také prostorovým rozlišením nebo polohovou chybou. Starší data nereflektují přesně zemský povrch, zejména v oblastech pokrytých vegetací. Data s nižším rozlišením naopak příliš generalizují zemský povrch, čímž nadhodnocují viditelná území. Použití UAV dat se projevilo jako zásadní krok pro získání přesných výsledků. Performance modelů vytvořených fúzí více datových sad se neukázala být příliš vysoká, i přesto, že se jednalo o nejméně stará data. Při zjišťování vzdálenosti, na kterou je nejvhodnější data aktualizovat však nebyl určen jednoznačný závěr, jelikož je tato vzdálenost různá pro každou lokalitu v závislosti na podmínkách okolního prostředí.

Abstract:

The master's thesis deals with the utilization of data acquired by unmanned aerial vehicles (UAVs) for the purpose of visibility analysis. The aim of this study is to evaluate changes in visibility after refining the input data around the observer using UAVs. The thesis considers the influence of the quality of input data, such as its age, spatial resolution, or positional error. Existing studies of similar focus, however, do not address the change in results depending on the size of the surrounding area for which data refinement is performed. This thesis addresses this issue. All data (except for UAV data) were obtained from freely available sources, with an emphasis on different data ages, spatial resolutions, or acquisition methods. A part of the literature review is dedicated to methods used for data acquisition. Analyses were conducted in the area of the Amálie Pilot Farm project, for which UAV acquired data were obtained from the Department of Spatial Sciences at the Faculty of Environmental Sciences, Czech University of Life Sciences in Prague. Three locations with different environmental conditions were selected in the study area. To compare the impact of data refinement, Cohen's kappa coefficient was used. This coefficient works with all categories of the confusion matrix – in addition to correctly classified areas, it also includes those that were classified incorrectly. Visibility at individual locations was also visually assessed on-site. Based on the findings of this study, the resulting visibility is influenced not only by the age of the data but also by spatial resolution or positional error. Older data do not accurately reflect the Earth's surface, especially in areas covered by vegetation. Conversely, data with lower resolution tend to generalize the Earth's surface, thereby overestimating visible areas. The use of UAV data proved to be a crucial step in obtaining accurate results. The performance of models created by fusing multiple datasets did not appear to be very high, even though the data was least aged. However, there was no clear conclusion regarding the distance at which data should be updated, as this distance varies for each location depending on the surrounding environmental conditions.

Keywords

GIS, CHM, UAV, Analýzy viditelnosti

Keywords

GIS, CHM, UAV, Visibility Analysis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 3. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 20. 5. 2024
• Supervisor: Ing. Ondřej Lagner, Ph.D.
• Reader: Tomáš Klouček, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme:
Spatial Sciences in the Environment